10kV 及以下配电网装置的防雷接地研究

高志强

(北京恒华伟业科技股份有限公司)

0 引言

随着人类社会的进步, 社会与电力的联系更加紧密, 人们对供电的可靠性要求越来越高, 电力电气设备的可靠性逐步增加, 电网运行过程中的操作失误也呈减少的趋势, 因此由雷击引起的电网故障次数和危害性超过操作过电压, 成为影响电网安全可靠运行的主要原因之一。在自然条件恶劣的地区, 受雷电活动的强烈的地形等影响因素, 雷击输电线路引起的事故率更高。由于架空线路是直接暴露于环境中, 其所经地形也复杂多样, 加之输电线路一般距离较远, 因此极易受到外界的影响和损害。雷电直击架空线路或者雷击杆塔和架空线附近大地时, 都会在输电线中产生很高的过电压, 从而引起线路开关跳闸, 更有甚者,过电压将导致线路电气设备原件的损坏, 致使供电中断甚至系统瓦解等恶性停电事故。对于高压输电线路, 尤其是110kV 及以上的高压架空输电线路, 由于线路绝缘水平相对较高, 雷击线路附近时产生的感应雷过电压对线路正常运行的影响并不大; 对于中低压输电线路, 尤其是10kV 配电网线路, 由于绝缘水平较低, 受雷电感应过电压的影响较大。雷击事故严重影响了供电可靠性, 而由感应雷引起的跳闸事故的已经成为危害10kV 配电网输电线路的主要原因。

1 雷电的危害

1.1 雷击中导线

在雷击线路时, 雷电会通过导线对电气设备造成破坏, 因此必须要做好防雷工作。根据《电力安全工作规程》可知, 输电线路遭受雷击的概率大约为10%。在实际工作中, 雷击主要分为直击雷和感应雷。其中直击雷的危害较小, 而感应雷则会导致配电网装置跳闸、停电等现象。根据《电力安全工作规程》可知, 对于10kV 及以下配电网装置, 当直击雷发生时, 雷击线路会在10kV 及以下配电网装置的中性点处产生过电压, 并且会造成10kV 及以下配电网装置内部绝缘体击穿。由于在雷击中导线的同时也会将雷电中所产生的能量传递给配电变压器和低压断路器, 所以当配电变压器和低压断路器受到雷击时, 会导致其故障跳闸、停电等现象。根据实际工作经验可知, 10kV 及以下配电网装置遭受雷击时, 由于雷电能量较小、反击电压较高, 因此可能只会对配电变压器或低压断路器造成破坏。对于10kV 及以下配电网装置而言, 当遭受雷击时并不会导致整个配电网络的故障跳闸、停电等现象。然而如果雷电击中导线时,会造成其感应过电压与反击电压。在这一过程中会对线路绝缘体造成破坏, 从而导致10kV 及以下配电网装置内部设备跳闸、停电等现象。

1.2 避雷器

避雷器是10kV 及以下配电网装置中的一种电气设备, 主要作用是防止雷电过电压对10kV 及以下配电网装置中的电气设备造成破坏。避雷器是由金属氧化物避雷器与空气间隙组成, 其主要作用就是为了防止10kV 及以下配电网装置内部电压过高而出现闪络。在避雷器的工作过程中, 其主要由引弧棒、氧化锌避雷器以及绝缘子组成。其中引弧棒与氧化锌避雷器主要由金属氧化物组成, 而引弧棒则是由金属氧化物构成。在10kV 及以下配电网装置中, 一般会采用绝缘子串将引弧棒与氧化锌避雷器与10kV 配电变压器连接起来, 从而保证10kV 及以下配电网装置的安全稳定运行。而在避雷器中, 一般会采用氧化锌避雷器。氧化锌避雷器耐压值在250kV 左右, 而氧化锌避雷器的额定电压则在600kV 左右。在10kV 及以下配电网装置中, 一般会采用真空断路器进行保护, 从而防止出现10kV 及以下配电网装置内部电气设备遭到破坏。避雷器能够有效的降低10kV 及以下配电网装置中的雷击跳闸次数, 从而减少雷击造成的损失。而一旦配电变压器受到雷击破坏时, 会导致整个10kV 及以下配电网装置受到损坏。

1.3 低压断路器

在10kV 及以下配电网装置中, 低压断路器的使用最为广泛, 其能够有效避免雷击、操作失误等现象, 对10kV 及以下配电网装置的安全运行起到了重要作用。10kV 及以下配电网装置中的低压断路器主要有以下几种类型: 首先是灭弧型断路器, 这种断路器具有较高的灭弧能力, 因此能够在很大程度上降低雷击对10kV 及以下配电网装置的破坏, 并且在长时间运行后可以自行恢复正常。其次是限压型断路器,这种断路器具有较强的限压能力, 能够有效避免因操作失误而导致线路跳闸现象。最后是隔离型断路器,这种断路器具有很强的隔离能力, 能够在很大程度上避免雷击对10kV 及以下配电网装置的破坏。低压断路器在防雷接地方面所起到的作用非常大, 因此必须要对低压断路器进行合理选择和安装, 从而避免雷击对10kV 及以下配电网装置造成破坏。

2 防雷接地技术

配电网防雷接地技术, 是指在配电网线路和设备中设置避雷针、避雷线、避雷器等防雷装置, 使配电网线路和设备不受雷电过电压的损害。在这一背景下, 在进行配电网防雷接地工作时, 必须要考虑到雷电对配电网的影响和危害, 尽可能降低雷电对配电网运行质量产生的影响。然而, 如果雷电活动过于频繁, 其危害是巨大的。在这一背景下, 配电网运行必须要做好防雷接地工作, 以降低雷击对配电网造成的影响和危害。而为了做好配电网防雷接地工作, 可以根据不同的区域选择不同的防雷技术。在这种情况下必须要做好避雷针和避雷线的设置工作。通常而言,避雷针和避雷线主要是对雷电活动进行屏蔽。而在进行10kV 及以下配电网装置防雷接地工作时, 其主要是采用接地技术和防雷技术相结合的方式来开展。在实际操作中, 必须要综合考虑到配电网线路和设备所处位置等实际情况来进行防雷接地技术的选择。在10kV 及以下配电网装置线路上安装避雷器和避雷针。这种方式主要是在配电变压器等设备上安装避雷器和避雷针。这种方式主要是在配电变压器等设备上设置接地装置, 以降低雷电对配电变压器等设备所产生的影响。将10kV 及以下配电网装置中的配变与线路的低压侧连接起来, 使低压侧产生接地网络。

图1 10kV 配电网新型地电位带电快速搭接引线装置搭接火线夹

3 避雷器的安装

3.1 避雷器的保护范围

避雷器是一种用于保护10kV 及以下配电线路的装置, 其主要作用是防止雷电侵入配电线路中, 进而保证配电线路正常工作。避雷器的保护范围主要包括以下几个方面: 第一, 避雷器的安装位置必须确保其位于配电线路的中间位置, 以此来避免雷电沿着配电线路侵入到配电线路中, 进而保证配电线路安全; 第二, 避雷器的保护范围还必须确保其位于配电线路的下方位置, 以此来避免避雷器受到雷击影响; 第三,在避雷器的安装过程中, 还必须确保避雷器与其他设备之间没有任何接触, 以免对设备造成损害。为了确保避雷器能达到最好的保护效果, 必须严格按照以下几个步骤进行操作: 首先, 在安装避雷器前必须确保其处于正常状态。其次, 在避雷器安装前还必须确保配电线路周围环境稳定。此外, 还需要对配电线路附近是否存在其它物体进行检查。最后, 在安装避雷器后还应对其进行定期检查和维护。随着我国经济水平不断提高和科学技术水平不断提升, 我国配电网设备质量也得到了有效提升。但需要注意的是, 配电网设备依然存在一定缺陷和不足之处。其中比较常见的缺陷和不足有以下几个方面: 第一, 配电网设备本身存在问题。由于配电网设备质量较差或运行环境较差等原因的影响, 会导致其存在一定缺陷和不足之处。第二, 配电线路发生故障或出现异常状况时不能及时被发现。当出现此类问题时往往已经造成较为严重的损失。第三, 配电网设备安装存在缺陷。由于配电线路运行环境比较恶劣或者安装位置不合理等因素影响,会导致配电线路无法正常工作或出现异常状况时不能及时被发现等问题。对此必须加强对配电网设备质量的管理和维护工作。

3.2 避雷器安装位置与避雷器安装高度

在10kV 及以下配电网装置中, 避雷器安装位置主要是根据其安装高度而定。按照我国相关标准,10kV 及以下配电网装置中的避雷器安装高度在2.2m到4.3m 之间, 主要是为了保证避雷器的有效运行。此外, 根据我国相关标准, 避雷器安装高度还需要满足以下几点要求: 第一, 当避雷器与配电网之间的距离在50m 以内时, 避雷器要保证与配电网平行; 第二, 当避雷器与配电网之间的距离在50m 到100m 之间时, 避雷器要与配电网垂直; 第三, 当避雷器与配电网之间的距离在100m 到200m 之间时, 避雷器要与配电网平行; 第四, 当避雷器与配电线路垂直时,其安装高度要根据配电线路的实际情况而定。此外,根据我国相关标准, 在配电线路上安装的避雷器必须保证其能够承受雷电流冲击。目前, 在我国10kV 及以下配电网装置中的避雷器布点主要是采用三种形式: 第一种形式是三个或三个以上的避雷器并列安装; 第二种形式是单个或者是多个避雷器单独安装;第三种形式是单个或多个避雷器单独安装。其中前两种安装方式的防雷效果相对较好。在我国10kV 及以下配电网装置中的单相接地故障通常属于相间短路故障, 而相间短路故障往往会引起两相甚至是三相电力系统出现故障。如果雷电直接击中10kV 及以下配电网装置中的任一相导线或者是在单相接地故障中形成过电压时, 都会造成相间短路故障。因此, 为了避免线路跳闸情况出现, 应该将10kV 及以下配电网装置中的单相接地故障定位为相间短路。

图2 10kV 配电网新型地电位带电快速搭接火线夹结构

3.3 避雷器接地方式

在10kV 及以下配电网装置中, 避雷器接地方式主要有两种, 分别是集中接地方式和分散接地方式。在这两种接地方式下, 避雷器都会发挥出自身的作用, 但是对于接地电阻的要求也有所不同。集中接地方式要求避雷器与配电线路之间的距离保持在10m左右, 同时避雷器与配电线路之间要有3m 以上的距离。此外, 为了避免雷击事故的出现, 在10kV 及以下配电网装置中还需要安装避雷器保护器, 以使其能够顺利进入保护范围。同时, 为了使避雷器与配电线路之间的距离达到要求, 还需要对配电网进行改造。需要注意的是, 在10kV 及以下配电网装置中应用分散接地方式时, 由于接地网面积较大, 因此需要选择合理的接地装置来连接避雷器和配电线路。此外, 为了使10kV 及以下配电网装置中避雷器接地电阻符合相关要求, 还需要对避雷器的接地电阻进行检测。如果需要安装多个避雷器或配电线路时, 可以选择架空避雷线来连接每个避雷器或配电线路。此外, 为了确保避雷器能够正常发挥作用, 还需要对其进行定期检测。

4 接地电阻的选择

接地电阻是10kV 及以下配电网装置防雷接地工作中的一个重要参数, 在配电网运行过程中, 接地电阻的选择直接影响着10kV 及以下配电网装置防雷接地效果, 因此必须要严格按照《架空输电线路运行规程》中的相关规定来选取接地电阻。在接地电阻选择过程中, 应当结合当地环境和实际情况来合理选取。对于10kV 及以下配电网装置而言, 其防雷保护措施通常分为两种类型, 一种为避雷线, 一种为接地网。在10kV 及以下配电网装置中, 当雷击发生时, 避雷线主要起到对雷电流进行分流的作用, 其对雷击跳闸率的影响并不是很大。而对于接地网而言, 其主要用于将雷电流引入到大地中。通过接地网进行接地时,雷电流可以迅速释放到大地中去。在实际情况中, 接地电阻主要受到土壤电阻率的影响, 如果土壤电阻率较低, 那么接地网的接地电阻也会较小; 相反, 如果土壤电阻率较高, 那么接地电阻就会很大。对于10kV 及以下配电网装置而言, 其通常采用的是TN-S接线方式。在这一接线方式下, 避雷线与接地网之间通过耦合连接的方式进行连接。其中避雷线主要起到对雷电流进行分流的作用, 而接地网主要起到对雷电流进行分流的作用。如果土壤电阻率较高, 那么接地网中的电流也会相对较大。因此在接地电阻选择过程中, 应当综合考虑土壤电阻率以及接地网接点情况等因素来合理选取接地电阻值。

5 结束语

综上所述, 为了确保我国电力能源能够稳定供应, 就必须要加强对10kV 及以下配电网装置防雷接地工作的重视, 这也是促进我国电力能源可持续发展的重要举措。在具体工作开展过程中, 相关人员应当结合当地实际情况, 根据10kV 及以下配电网装置防雷接地中存在的问题进行分析, 并根据问题提出相应解决措施, 从而确保10kV 及以下配电网装置防雷接地工作质量, 为我国电力能源稳定供应奠定坚实基础。